动力工程学报

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综述

化学链燃烧抑制二噁英生成技术研究进展

王金星, 魏书洲, 宋海文, 王鑫磊

2022, 42(2): 101-108. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.001

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通过介绍近年来二噁英（PCDD/Fs）的生成机理及其控制技术的研究进展，指出现有PCDD/Fs控制技术仍未能从进一步控制氧源和碳源角度降低PCDD/Fs排放。着重介绍了化学链燃烧（CLC）技术抑制PCDD/Fs的生成机理、反应过程脱氯效率以及氯元素迁移路径的诊断预测，提出CLC技术所引入的晶格氧可作为PCDD/Fs生成的潜在氧源，应重视对氧载体种类的优选以及改进。同时阐述了多种污染物协同脱除的应用特点，添加剂改进与运行参数匹配是其技术研发的要点。

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汽轮机与燃气轮机

小流量条件下低压缸末级流动特性研究

石红晖, 张攀, 曹蓉秀, 岳光溪, 王兴

2022, 42(2): 109-114. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.002

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采用数值方法研究了小流量条件下汽轮机低压缸末五级的气动性能及流动特性。分析了6种工况下低压缸末级气动参数和流场结构的变化规律，得到低压缸末五级的效率、焓降分配、子午面流线，以及末级流动结构、气流角和温度的分布规律。结果表明：减小相对质量流量会导致低压缸末五级总-总等熵效率和输出功率降低，在5.6%相对质量流量时，末五级总-总等熵效率、输出功率相对于设计工况分别下降23.5%和89.9%；随着相对质量流量的减小，末级动叶进口相对气流角逐渐增大，压力面近前缘处因负攻角发生流动分离，吸力面近尾缘处因逆压梯度产生流动分离，末级叶片温度显著上升；在小流量条件下，低压缸出口出现回流，末级动叶叶顶出现环形涡流；在14.2%相对质量流量下，末级动叶回流区沿径向发展至60%相对叶高处；在5.6%相对质量流量下，回流区从末级扩展至次末级。

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汽轮机与燃气轮机

横流对振荡射流冲击冷却特性影响的数值研究

汪胜, 韩东, 周天昊, 李世瑞, 何纬峰, 王瑾程

2022, 42(2): 115-121. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.003

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为了分析横流条件下振荡射流冲击靶面的换热特性，采用数值计算方法研究了横向排列和纵向排列方式下振荡射流冲击靶面的冷却性能，并对纵向排列下的射流振荡器进行了排布角度修正。结果表明：横流对冲击换热的作用主要受到两方面影响，即冲击点附近的马蹄涡和冲击点向后偏移程度；对于靶面上的冲击核心区，总体上纵向排列的高换热区域后移程度小于横向排列，而前者对流换热效果受马蹄涡的影响更大；在纵向排列、入口雷诺数为21 800、横流雷诺数为14 400的工况下， 20°的排布角度下冲击核心区的平均努塞尔数增大21%。

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自动控制

SCR脱硝系统的分数阶PI^λD^μ参数优化控制

黄宇, 高珊, 李其贤, 丁鹏, 王东风, 申朋宇

2022, 42(2): 122-128. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.004

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为解决选择性催化还原（SCR）脱硝过程中存在的较强不确定性问题，在不改变原有控制系统的基础上，提出将分数阶PI^λD^μ控制应用到SCR脱硝控制系统中。为获取分数阶PI^λD^μ控制器参数的最优组合，提出一种带协方差自适应矩阵自适应进化策略（CMA-ES）采样器的Optuna优化算法，并用该算法对分数阶PI^λD^μ控制器的参数进行寻优。结果表明：相比于传统最优PID控制方案，优化后的分数阶PI^λD^μ控制器具有更好的设定值跟踪能力、抗干扰能力及鲁棒性。

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监测与测量

基于改进自适应多元变分模态分解的轴承故障诊断方法研究

时培明, 张慧超, 韩东颖

2022, 42(2): 129-137. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.005

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为解决多元变分模态分解（MVMD）经验参数设置对分解结果的影响，提出一种新的自适应多元变分模态分解（AMVMD）方法并将其应用于轴承的故障诊断方面。首先，将最小平均包络熵（MAEE）作为适应度函数，采用灰狼算法（GWO）寻求MVMD参数的最优解，并按照最优参数对原始信号进行分解。然后，计算各本征模态分量（IMF分量）的样本熵和相关系数，选取最佳模态进行信号重构。最后，通过Teager能量算子（TEO）对重构信号进行解调，以增强微弱的瞬态冲击成分并识别特征频率。结果表明：将所提出的AMVMD与TEO相结合可以有效减少信号噪声，提取轴承的故障特征。

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监测与测量

风电机组叶片桨距角安装偏差故障诊断

王泽坤, 贾彦, 许瑾, 蔡畅, 宋娟娟

2022, 42(2): 138-143. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.006

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研究了风电机组叶片桨距角安装偏差对风轮气动平衡的影响。首先，在GH Bladed软件中对陆上某5 MW风电机组单叶片桨距角安装偏差进行模拟，分析机组单叶片存在不同偏差角时机组的动态响应；其次，分析叶片桨距角安装偏差对机组叶轮转速、叶尖变形量和叶根弯矩等参数的影响规律，提出一种风电机组桨距角安装偏差方向的识别方法；最后，计算机组安全运行时所有工况下的时域机舱轴向加速度，并将时域信号转为频域信号进行频谱分析，基于分析结果提出了一套以实测数据中平均风速、机舱轴向加速度1P与3P处幅值之比的频谱特性为判定指标的风轮叶片桨距角安装偏差精准识别方法，该方法对于实际应用中利用机舱振动数据检测风轮不平衡提供了思路。

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工程热物理

空间组合弯头气固两相流动磨损特性的数值模拟

王宇, 刘荣堂, 刘明, 严俊杰

2022, 42(2): 144-149. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.007

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采用计算流体力学（CFD）方法对空间组合弯头内气固两相流动及磨损特性进行了数值模拟，研究了气流速度、颗粒直径、颗粒浓度和弯头间连接长度对壁面磨损率的影响。结果表明：空间组合弯头壁面磨损最严重位置在第1个弯头外侧，磨损严重区域自中心向周围过渡；气流发生空间转向，固体颗粒由于惯性会撞击在第2个弯头的侧壁面，导致第2个弯头壁面磨损率呈不对称分布，靠近管道入口的一侧，壁面磨损较小；空间组合弯头最大磨损率随气流速度的增大呈指数提高，随着颗粒浓度的增大而线性增大；随颗粒斯托克斯数St的增大，第1个弯头的最大磨损率先提高后变化趋于平缓，第2个弯头的最大磨损率先提高后降低。

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新能源

地震载荷对15 MW海上风力机动态响应的影响

梅轩, 杨阳

2022, 42(2): 150-155. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.008

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为研究地震载荷对15 MW海上风力机动态响应的影响，基于模态加速度法计算了15 MW海上风力机在风-浪-震耦合工况下的支撑结构载荷、塔顶加速度和气动性能，并与无地震工况下的计算结果进行比较。结果表明：地震载荷对侧向剪切力和横摇弯矩影响显著，而纵向剪切力及俯仰弯矩主要受到湍流风作用；地震发生后塔顶最大加速度增幅可达441%，风轮气动推力和扭矩均发生大幅振荡，发电机功率在短时间内波动剧烈程度增大一倍左右；在风电并网的相关研究中，应当考虑由地震载荷引起的短时功率波动对电网的冲击作用。

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新能源

基于混沌理论的地震诱导近海风力机动力响应研究

牛凯伦, 闫阳天, 李春, 薛世成, 李志昊, 孙康

2022, 42(2): 156-163. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.009

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为探究极端环境下地震诱导大型单桩式近海风力机的非线性结构动力特性，以DTU 10 MW风力机为研究对象，构建地震-湍流风-波浪多物理场模型，研究其动力响应特性，根据混沌理论，采用相空间重构法和最大Lyapunov指数法，从定性和定量角度分析了单桩式近海风力机动力响应的混沌特性。结果表明：地震与环境载荷联合作用下，塔底位移最大值相比仅有环境载荷时明显增大，地震载荷主要影响塔架中部及底部动力响应，其诱导塔顶振动幅值较小；随地震强度的增加，塔顶流向及侧向加速度响应最大Lyapunov指数变大，混沌特性增强，塔顶稳定性减弱。

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系统工程

未来低碳社区多联供能源转换及碳排放特性分析

俞李斌, 顾新壮, 窦蓬勃, 林俊光, 张曦, 赵申轶, 代彦军

2022, 42(2): 164-172. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.010

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以贵州省某未来低碳社区为例进行负荷分析，并研究了以电定热和以冷定电2种运行策略下内燃机发电机组发电量（N_el）和溴化锂机组制冷量（Q_ac）对市外电网输入电量（E_grid）、天然气消耗量（V_ng）、生物质原料消耗量（m_bio）和CO₂气体减排率（C_cer）等参数的影响。结果表明：该社区全年耗电量、采暖负荷和冷负荷分别为8.28×10⁸ （kW·h）/a、2.457×10⁹ MJ/a和1.564×10⁹ MJ/a，所占比例分别为42.57%、35.1%和22.33%；当N_el和Q_ac分别为2 064 kW和1 900 kW时，2种运行策略下住宅1区的E_grid、V_ng和m_bio分别为0 kW、2 971 kW、5 392 kW和0 kW、2 701 kW、6 488 kW，C_cer最大值为71%。

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系统工程

纳米陶瓷膜烟气脱水及余热回收实验分析

滕达, 杨文楷, 贾歆羡, 安连锁, 沈国清, 张世平

2022, 42(2): 173-181. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.011

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采用纳米陶瓷膜开展烟气脱水及余热回收实验，分析了实验系统中湿烟气的过饱和系数，验证了陶瓷膜应用于烟气脱水及余热回收的可行性，探讨了烟气体积流量、烟气温度、循环水体积流量和陶瓷膜孔径等因素对烟气脱水及余热回收特性的影响，并对烟气水分跨膜传递动力进行了研究。结果表明：水蒸气分压差是实现纳米陶瓷膜烟气脱水的源动力；提高烟气温度有助于提高烟气水热回收性能指标，而增加烟气体积流量并不能提高烟气水热回收效率；在选定的实验参数内降低循环水温度略有助于增强烟气水热回收特性，而循环水体积流量过高会导致陶瓷膜内渗入大量的非凝性气体；10 nm陶瓷膜的水回收性能指标优于0.4 nm陶瓷膜，水回收速率高达6.45 L/（h·m²），热回收功率高达129.45 W。

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系统工程

基于有限单元和模型降阶的储能飞轮转子动力学建模及分析

周传迪, 柳亦兵, 朱万程, 张昊随

2022, 42(2): 182-189. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.012

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针对使用Jeffcott转子模型的集中质量法建立飞轮转子-轴承系统动力学模型时将转子段视为集中质量点，未考虑转子轮盘厚度的问题，提出一种基于有限单元法和模型降阶法的飞轮转子-轴承系统建模方法。以飞轮转子-电机转子-轴承系统为对象，基于此建模方法进行动特性计算，求解飞轮转子在不同轮盘厚度下的固有频率，并与Jeffcott转子模型和有限元模型的计算结果进行对比。结果表明：转子轮盘厚度较小时，3种建模方法计算得出的固有频率相差较小；随着转子轮盘厚度增加，Jeffcott转子模型计算得出的固有频率与有限元模型相比误差逐渐增大，基于本文建模方法计算得出的固有频率与有限元模型相比误差较小。

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水轮机技术

新疆夏特电站水轮机活动导叶泥沙磨损研究

杨涵, 刘小兵, 田文文, 庞嘉扬, 徐连琛

2022, 42(2): 190-196. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.02.013

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为研究夏特电站水轮机导叶的磨损情况，采用固液两相标准k-ε湍流模型对水轮机全过流通道的沙水流动特性进行数值模拟，对该电站水轮机活动导叶进行泥沙磨损试验，得到了活动导叶的磨损规律，并通过试验和数值结果得到导叶磨损率计算公式。结果表明：磨损严重处为活动导叶头部、尾部及背面。

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